3_3模具CADCAMCAE

3.3CAD/CAM/CAE/PDM塑性成形过程和计算机辅助技术•塑性成形过程是一种直通式材料成形过程的一种重要形式，材料一般均为固态、粉末或液态，包括金属和非金属两种类型，在非金属材料中以聚合物及工程陶瓷为主，它以机械能、电能及化学能作为能源，利用材料的塑性，通过工模具（含有一定的形状信息量）和材料与工模具间的相对运动来传递信息，对材料进行深度加工。•塑性成形过程是一种技术密集型材料加工过程，一方面塑性成形加工的产品种类与数量随着技术与经济的发展并不断增多，对成形件在材料、形状、尺寸精度、表面粗糙度、强度、寿命和重量等方面的要求而日益多样和严格；另一方面，塑性成形过程本身是一个非常复杂的过程，影响塑性成形的因素众多，涉及到材料的性质、模具的加工质量及状态、变形过程中的变形受力状况、摩擦与润滑状态，以及设备的性能及工作状态等等，均直接影响到产品的质量与精度，且各种影响之间互相耦合，更使成形过程变得错综复杂，迄今为止，未能建立对其进行深入研究的系统直接观察法。3.3CAD/CAM/CAE/PDM随着科学技术的发展，特别是计算机技术在塑性加工技术中的应用与渗透，应用效果显著，发展迅速，成为一个塑性加工中重要的研究领域。塑性加工中的计算机辅助技术是一个跨学科的高技术领域，对传统的生产模式产生了划时代的变革作用，产生了巨大的技术经济效益，具有巨大的发展潜力。在计算机辅助成形技术中，从最初的产品设计，在不同塑性成形阶段成形件形状信息的输入，相应的工模具结构和形状参数的确定，模具的加工，设备的选择及成形过程的质量控制，到产品的检验无所不发挥着巨大的作用。3.3CAD/CAM/CAE/PDMCAX的涵义•CAE—计算机辅助工程(ComputerAidedEngineering)。•CAD—计算机辅助制图/设计(ComputerAidedDrafting/Drawing/Design)。•CAM一计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing)。•CS—计算机模拟(或仿真)(ComputerSimulation)。•CAT—计算机辅助测量/技术(ComputerAidedTesting／Measuring/Technique)。•CAPP－计算机辅助编制工艺(ComputerAidedProcessPlanning)。•AI－人工智能(ArtificialIntelligence)•EPS－专家系统(ExpertSystem)•CAQ－计算机辅助质量控制(ComputerAidedQualityControl)•FMS－柔性制造系统(FlexibleManufactureSystems)•CIMS－计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufactureSystems)。•IMS－智能制造系统（IntelligentManufactureSystems）3.3CAD/CAM/CAE/PDM上述术语人多易于理解：但在成形技术中，CAPP的涵义较多．板料成形工艺、体积成形工工艺设计、数控冲裁和数控弯曲的编程等等都可归入CAPP，模具CAD中需要成形工艺设计，也是CAPP，而且是很关键的部分。在成形设备和模具零件加工前，则需编制零件的加工工艺，此工作如由计算机进行则是机械加工CAPP。FMS是CAM的延伸，冲压生产利模具零件加工都有应用。AI和EPS可为各种CAX技术服务，如CAD、CAPP、CAM、FMS、CIMS等等。一、模具并行设计的概念及应用1背景•在全球经济发展一体化的信息时代，制造业面临两大挑战－技术和市场，新的技术纷纷涌现，如敏捷制造（AM，AgileManufacturing）、智能制造（IMS，IntelligentManufacturing）、精良制造（LeanProduction）、FracturalCompany等，反映最大的是AM。•模具行业响应全球市场需求，以应用C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)来实现优质、高效、低成本产品生产为目标，强调联合、协作、协同，互借彼此硬软件技术实现动态技术集成，以提高市场竞争力。模具并行设计的概念及应用2模具业的问题•设计科学性差，对经验依赖性强；•市场需求、模具设计、制造、生产独立，无全局观念，缺乏参与全球市场化；•CAD、CAM、CAE停留在串行模式（顺序模式）；•自主开发系统花时、费精力，购置硬件花费资金及维护费，且软件仅一方面功能模具并行设计的概念及应用3策略•动态组合分散在各地域的优势技术，利用最优CAD/CAE/CAM组合提供技术决策支持，实现最优化，赢得市场。4可行性•Internet互联网的广泛应用，多媒体会议，远程专家诊断等地应用使其有了技术支撑。模具并行设计的概念及应用5C3P并行设计系统环境分析•思想技术基础AM：“竞争/合作”机制，发挥局部特长；并行工程(concurrentEngineering)：设计、加工、核算、管理一体化；ES&NN：领域知识与复杂问题求解评价与建议；网络化技术与先进管理系统（NT－MS）；•CAD/CAE/CAM常见软件CAD常见软件模具并行设计的概念及应用通用Die－making和分析软件软件名称公司硬件应用Auto-CAD美国Autodesk微机CADUG－II美国EDS工作站/微机CAD/CAMCATIA美国IBM工作站/微机CAD/CAE/CAMDUCT英国DELCAM工作站/微机CAD/CAMPRO－E美国PTC工作站/微机CAD/CAE/CAMMARC美国Marc工作站/微机CAE模具并行设计的概念及应用模具CAD/CAM/CAE专用软件名称开发单位应用功能PDDC美国Die－Com级进模CAD/CAM拉深模CAD/CAM美国Ford汽车CAD/CAMPENTEX日本旭光学工业冲孔弯曲模CAD/CAMAKT捷克MetalManuf.Inst.冲裁模CAD/CAMMODCON英国伯明翰大学锻模CAD/CAMBLDFORGBatteleColumbusLab叶片锻模CAD/CAMCIRCON英国CAD/CAM轴对称零件锻CAD/CAMMOLDDesign美国ComputerVison注塑CAD/CAE模具并行设计的概念及应用名称开发单位应用功能Moldflow澳大利亚注塑CAD/CAEC-mold美国AC注塑CAEDEFORM美国Sci.Forming挤压锻模CAEDANAFORM美国ETA冲模CAEFORGE3法国锻模CAEMofapChona锻模CAEINTERNET（HTTP网络传输）产品形状设计本地资源库浏览器产品设计人员本地资源库按B的模式要求DTD生成XML文档IXML文档产品工艺设计与数值模拟XML文档I按C的模式要求DTD生成XML文档II浏览器工艺设计人员XML文档本地资源库模具设计浏览器模具设计人员XML文档XML文档II按D的模式要求DTD生成XML文档III模具制造XML文档III机械加工模具并行设计的概念及应用基于internet的TCP/IP网络协议及采用分层方法实现系统的通信协同•采用Multi—Agents智能技术，其拓扑结构可以根据需要实时动态组建、增减和撤销，可以满足企业特别是联盟企业并行产品开发团队快速、动态和多变性的要求．•功能和目标不同的agent构成开发团队，相互协作，进行并行模具开发．•功能和目标相同的agent构成开发的功能部门，相互合作，为模具并行开发提供智能支持。•每个agent为具有并行设计知识表达处理能力和通信协同能力的智能子系统，其结构如图模具并行设计的概念及应用模具并行设计的概念及应用模具并行设计的概念及应用基于KBE的远程模具智能设计•针对并行设计知识表达的要求，拟采用模糊设计型专家系统、神经网络智能系统，通过元知识协调共同表达处理设计中各种设计知识。模糊设计型专家系统用以表达设计中显式的数学模型知识、符号知识和模糊知识。神经网络系统用以表达设计中通过样本表达的隐喻知识。在设计型专家系统基础上，通过引入模糊变量和模糊推理，实现模糊设计型专家系统，实现agent的模糊设计知识表达处理能力．推理时如果有模糊变量则进行模糊推理，否则进行精确推理。模糊推理拟采用max-min推理法。模糊推理的结果是以模糊集合表示的模糊量，可根据设计的需要将其转变为精确量。针对智能并行模具设计的特点和要求，开发出模具设计神经网络智能系统并与agent其它模块集成，实现agent的样本隐喻知识表达处理能力，并具有在线学习功能．利用人工智能的方法模拟人的思维，实现简单直接的智能图形推理在工程中有十分重要的意义．该系统拟采用神经网络技术实现智能图形推理。模具并行设计的概念及应用模具并行设计的概念及应用基于知识共享与持设计约束自动满足实现智能合作/协作•建立并行设计开发团队中的协调机制和并行模具开发Multi-Agents协作的角色模型。•知识共享保证方便地对数据进行存取、管理协调，此时知识库或数据仓库不同于以往单个体CAD/CAM/CAE的知识库，它集成不同种类应用系统及历史数据分析系统，是个动态信息处理工厂，已有成熟支撑工具，如IntelligentAgent与多维分析工具（MPA），如DSSAgent，IDISEssbase等。模具并行设计的概念及应用在如图2所示的agent结构中，最下层是internet的TCP／IP网络通信协议．上层是agent的知识交换层，最上层是agent的合作与协作层。采用TCP／IP是实现异地异种网络并行设计，实现知识共享协同产品开发的关键．交换层是实现agent之间智能合作与协作的基础，图3给出了两个agent协同设计时的信息流向．协同过程实际上是agent利用自身协同知识(设计约束)，根据当前整个设计的状态(协同事实)不断产生新动作的过程．协同中agent关于协同的知识和事实不变化，从而实现动态的设计协同，实现并行设计过程的智能化和自动化．模具并行设计的概念及应用二虚拟制造与C3P技术背景•市场经济所强调的竞争第一原则，决定了我国制造业对技术创新、特别是产品的创新的需求愈来愈迫切。•CAD／CAM／CAE技术是先进制造技术的重要组成部分．我国CAD／CAM／CAE技术的研究经过30年的探索与应用，在理论与算法研究、硬件设备的生产、支撑软件的开发等方面都有重大进展．CAD／CAM／CAE技术研究方向产品数据管理与并行工程•复杂产品的设计与开发，不仅要考虑产品的实现过程，而且必须考虑开发过程的控制和管理，这是产品数据管理和并行工程所考虑和解决的问题。•产品数据管理集数据库的数据管理能力、网络的通讯能力等于一体，从而控制产品信息的处理和使用，管理产品的开发过程。•并行工程强调产品开发过程的并行化与协同化．CAD／CAM／CAE技术研究方向优化设计与智能设计•优化设计和智能设计技术的研究是根本方向，因为设计的最终目的在于产生出满足各种要求和约束的设计方案，并从中选择和确定最优方案。•智能设计技术或智能CAD技术，在更高的创造性思维活动层次上给予设计人员有效的辅助，是真正意义上的计算机辅助设计。•随着技术系统日益复杂，技术问题增多，传统的优化技术不能完全适合解决有关问题．因此工程广义优化设计方法和技术的研究及应用受到重视．工程广义优化方法与技术以产品的全系统、全性能、全过程优化为目标、集建模、寻优、分析、再设计为—体，采用了大量基础知识和专业知识的全系统、全性能建模，运用多种先进的优化方法进行寻优．并应用可视化技术对寻优结果进行分析，提供给设计参考。CAD／CAM／CAE技术研究方向基于产品模型的CAD／CAM／CAE及虚拟制造•产品开发过程包括设计．分析、制造等多个环节．CAD／CAM／CAE的集成十分重要。模型比较符合统一的产品模型的要求．特征造型系统是CAD系统的核心．•自90年代起，虚拟制造技术研究受到学术界的重视，虚拟制造技术可看作是CAD／CAM／CAE集成化发展的最高层次．CAD／CAM／CAE技术研究方向CAD／CAM／CAE技术的三个